Мороз больше не приговор: новая батарея сохраняет заряд даже при минус 40 и бросает вызов зиме

Зима нередко становится испытанием не только для людей, но и для техники, особенно для аккумуляторов. Резкое похолодание способно буквально "обездвижить" электромобили, резервные источники питания и бытовые устройства. Однако у этой проблемы, похоже, появляется решение. Об этом сообщает Journal of Materials Chemistry A.

Почему аккумуляторы боятся холода

Сильные морозы давно считаются одним из главных врагов традиционных батарей. При понижении температуры они теряют способность эффективно заряжаться и отдавать энергию, а в отдельных случаях полностью выходят из строя. Особенно остро это ощущается в регионах с суровым климатом, где техника должна работать стабильно вне зависимости от погодных условий.

Главная причина кроется в жидком электролите, который используется в большинстве современных аккумуляторов. Именно он обеспечивает движение заряженных частиц внутри устройства и, как следствие, прохождение электрического тока. При сильном охлаждении жидкость густеет или частично замерзает, из-за чего ионы перестают свободно перемещаться. В результате батарея не может ни полноценно заряжаться, ни эффективно разряжаться.

Дополнительные сложности создаёт естественный износ элементов питания. Ранее учёные уже фиксировали расширение и сжатие аккумуляторов при зарядке, что со временем снижает их эффективность. В условиях низких температур такие процессы могут усиливаться, делая проблему надёжности ещё более заметной.

Новый подход к материалам

Исследователи из Техасского университета A&M под руководством профессора химической инженерии доктора Джоди Люткенхаус предложили альтернативную конструкцию. Команда разработала аккумулятор на основе полимеров, способный функционировать при температурах до минус 40 градусов.

В новой системе традиционный жидкий электролит заменили составом, сохраняющим текучесть даже в сильный мороз. Кроме того, жесткие неорганические материалы электродов уступили место более гибким полимерам. Благодаря этому заряженные частицы продолжают перемещаться внутри батареи даже при экстремально низких температурах, не сталкиваясь с барьерами, характерными для стандартных решений.

Так появилась так называемая органическая двухионная батарея. В ней применяются специальные полимерные соединения, способные аккумулировать и высвобождать энергию через химические реакции. Испытания показали, что устройство сохраняет около 85 % емкости при температуре замерзания и 55 % при минус 40 градусах. При этом батарея демонстрирует высокую выходную мощность, что делает ее пригодной не только для медленных процессов, но и для задач с повышенной нагрузкой.

Развитие альтернативных технологий хранения энергии идёт сразу по нескольким направлениям. В частности, активно изучаются натрий-ионные батареи, которые рассматриваются как перспективная замена литиевым решениям в энергетике и транспорте.

Структурная батарея и перспективы применения

Разработчики уделили внимание и механической прочности. В обычных аккумуляторах часто используются металлические элементы, которые увеличивают массу и могут трескаться под нагрузкой, особенно в сложных климатических условиях. В новой конструкции применено тканое углеродное волокно, которое одновременно проводит электричество и усиливает корпус.

Такой подход позволяет говорить о создании "структурной батареи" — устройства, которое не только накапливает энергию, но и становится частью несущей конструкции. Это открывает перспективы для снижения веса и повышения долговечности электромобилей, беспилотников и другой техники, где каждый килограмм имеет значение.

Надежные аккумуляторы, способные работать в мороз, особенно важны для энергетической инфраструктуры. Во время штормов и снежных бурь электросети могут давать сбои, и тогда резервные системы становятся критически необходимыми для домов, больниц и средств связи. Улучшение характеристик батарей может повысить устойчивость таких систем и сделать их более предсказуемыми в эксплуатации.

Пока технология остается на этапе дальнейшей доработки, однако результаты исследования демонстрируют, что грамотный выбор материалов способен преодолеть ограничения, с которыми отрасль сталкивалась десятилетиями. В будущем подобные решения могут обеспечить стабильную работу накопителей энергии в любое время года, независимо от климатических условий.